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CN111817000B - 一种采用散热孔结构改善多天线系统的耦合性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用散热孔结构改善多天线系统的耦合性能的方法，所述多天线系统的各天线单元分别设置在介质基板上不同位置，所述方法包括：在介质基板设置多个特殊形状的散热孔结构，所述散热孔设置于各天线单元之间，改善天线耦合性能。本发明在物理空间受限、相邻天线单元存在强烈的互耦的情况下，采用特殊形状的散热孔结构改善阵列天线单元之间的耦合性能，提高单元之间的隔离度，降低各元件温度。通过对各散热孔之间的间距，尺寸，数量，形状以及该结构与天线间距进行调整，使得含有所述散热孔结构的多天线单元组成的天线系统的各单元间耦合降低，隔离度提高，天线阵列的增益有所提高，辐射效率增加。

Description

一种采用散热孔结构改善多天线系统的耦合性能的方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线设备中降低多天线单元组成的天线系统的耦合、提高天线单元之间隔离度，降低各元件温度的散热孔结构。
背景技术
随着社会的不断发展，人们对于通信的需求越来越大，在第五代移动通信系统(5G)的应用场景中，数据传输速率和设备接入网络数量都有了大幅度增加，这也使得频谱资源变得更加珍贵。在这种背景下，在4G中广泛应用的多输入多输出(MIMO)技术也逐渐成为5G的重要技术之一。
多输入多输出(MIMO)技术是指在发射端和接收端采用多个天线同时进行发送和接收信号。相比于单个发送和接收天线，多输入多输出技术能够在不额外增加通信频带和发射功率的情况下，实现高速、大容量的数据传输，显著的提高系统数据吞吐率和信道容量。在多输入多输出(MIMO)系统中，天线起着至关重要的作用，因为天线的特征固有地包含在发射器和接收器之间的通信信道中。
MIMO技术是基于天线阵列而言的，随着对信道容量需求的不断增长，大规模MIMO技术将会成为5G系统的核心，并且紧凑密集的阵列将促进这一进程。在终端设备中，由于设备内空间是有限的，而天线数量不断增加，各天线单元间的互耦效应不断增强。在特定的空间内，天线单元数量越多，单元之间的耦合更强，会导致：
（1）空间相关性的增加；
（2）辐射效率的降低；
（3）单元增益的下降；
（4）信噪比的恶化；
（5）信道容量的减小。
综上所述，在有限的空间内，在MIMO系统中如何有效的减小天线单元之间的耦合，提高单元之间的隔离度，并保证原天线的辐射性能，成为了业界研究的热点。另一方面系统主板上的元器件数量不断增加，如果这些元器件产生的热量不能迅速地散发出去，不仅会影响元器件工作效果，而且有可能会烧毁元件导致设备瘫痪。因此设备的散热对于其工作性能也有着重要的影响。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种在物理空间受限、相邻天线单元存在强烈的互耦的情况下，采用特殊形状的散热孔结构改善阵列天线单元之间的耦合性能，提高单元之间的隔离度，降低各元件温度的方法。
本发明的技术方案是：
一种采用散热孔结构改善多天线系统的耦合性能的方法，所述多天线系统的各天线单元分别设置在介质基板上不同位置，所述方法包括：
在介质基板设置多个特殊形状的散热孔结构，所述散热孔设置于各天线单元之间，改善天线耦合性能。
优选的，通过对散热孔数量，各散热孔之间的间距、尺寸以及散热孔与各天线单元间距的调节，使得含有所述散热孔结构的天线系统的天线单元间耦合降低，隔离度提高。
优选的，通过对散热孔数量，各散热孔之间的间距、尺寸以及散热孔与各天线单元间距的调节，使得含有所述散热孔结构的天线系统的增益提高，辐射效率增加。
优选的，所述散热孔结构采用不同的散热孔数量或形状，以适应实际天线系统需求。
优选的，所述散热孔结构的形状为圆形、多边形、T形、十字形中的一种。
优选的，所述介质基板根据实际情况需求，采用不同的厚度、不同的介电常数的介质基板。
优选的，调整原多天线系统的匹配性能，使得在天线单元间加载散热孔结构后，天线系统的匹配良好。
优选的，提高原多天线系统的散热性能，使得在多天线系统中加载该散热孔结构后，系统元件的温度降低。
本发明的优点是：
本发明在物理空间受限、相邻天线单元存在强烈的互耦的情况下，采用特殊形状的散热孔结构改善阵列天线单元之间的耦合性能，提高单元之间的隔离度，降低各元件温度。通过对各散热孔之间的间距，尺寸，数量，形状以及该结构与天线间距进行调整，使得：含有所述散热孔结构的多天线单元组成的天线系统的各单元间耦合降低，隔离度提高；含有所述散热孔结构多天线单元组成的天线阵列的增益有所提高，辐射效率增加。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明中一种加载T形散热孔结构的两个天线单元组成的线阵MIMO天线系统示意；
图2为本发明中一种加载8个五边形散热孔结构的两个天线单元组成的线阵MIMO天线系统示意；
图3为本发明实例中提出的未加载散热孔结构的两天线单元组成的线阵MIMO天线典型的散射参数；
图4为本发明实例中提出的加载T形散热孔结构的两天线单元组成的线阵MIMO天线典型的散射参数。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。详述如下：
图1是一个加载6个T形热孔结构的两个天线单元组成的线阵MIMO天线系统。101，102为两个距离很近的天线单元，在两天线中间加载由多个T形散热孔结构103，通过对散热孔数量，各散热孔之间的间距，尺寸以及该结构与天线间距，主板的厚度和介电常数的调节，使得
(1)加载T形散热孔结构的天线系统的单元之间的耦合系数接近为0，S21小于-20dB；
(2)加载T形散热孔结构的天线系统的各天线单元增益较不加载T形散热孔结构的天线系统的各天线单元增益提高。
本发明提出的耦合性能改善方法可根据实际情况选择散热孔的形状以及数量等参数，使得两单元天线间的耦合效应达到最低。图2是使用6个五边形散热孔结构的两天线单元组成的天线阵列。
图3所示是未加载T形散热孔结构的两单元MIMO天线阵列的散射参数，从图中可以看到，虽然天线的反射系数S11，S22在工作频段上均小于-15dB，但是两天线单元间的耦合系数S21是大于-10dB的。而在图4所示中，由于T形散热孔结构的引入，两天线单元间的耦合系数被降低到-20dB左右。
本发明公开的改善耦合性能的方法能够很好的应用在MIMO通信系统中。
以上所述实例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种采用散热孔结构改善多天线系统的耦合性能的方法，所述多天线系统包括两个天线单元，所述天线单元是由沿第一方向延伸的第一边和沿第二方向延伸的第二边构成的L形结构，所述两个天线单元不对称地设置在介质基板上不同位置，其特征在于，所述方法包括：在介质基板设置多个特殊形状的散热孔结构，所述散热孔设置于所述两个天线单元之间，改善天线耦合性能；
通过对散热孔数量，各散热孔之间的间距、尺寸以及散热孔与各天线单元间距的调节，使得含有所述散热孔结构的天线系统的天线单元间耦合降低，隔离度提高；
通过对散热孔数量，各散热孔之间的间距、尺寸以及散热孔与各天线单元间距的调节，使得含有所述散热孔结构的天线系统的增益提高，辐射效率增加；
其中，所述散热孔为六个，且每个所述散热孔的形状为T字形，六个所述散热孔以2行×3列的二维矩阵状排列，所述二维矩阵的行方向与所述第一方向平行，所述二维矩阵的列方向与所述第二方向平行。
2.如权利要求1所述的采用散热孔结构改善多天线系统的耦合性能的方法，其特征在于：
所述散热孔结构采用不同的散热孔数量或形状，以适应实际天线系统需求。
3.如权利要求1所述的采用散热孔结构改善多天线系统的耦合性能的方法，其特征在于：
所述介质基板根据实际情况需求，采用不同的厚度、不同的介电常数的介质基板。
4.如权利要求1所述的采用散热孔结构改善多天线系统的耦合性能的方法，其特征在于：
调整原多天线系统的匹配性能，使得在天线单元间加载散热孔结构后，天线系统的匹配良好。
5.如权利要求1所述的采用散热孔结构改善多天线系统的耦合性能的方法，其特征在于：
提高原多天线系统的散热性能，使得在多天线系统中加载该散热孔结构后，系统元件的温度降低。
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